sensörler – algilayicilar - gds mühendislik · pdf filesensörler,...

Click here to load reader

Post on 03-Sep-2019

0 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • SENSÖRLER – ALGILAYICILAR

    Sistem bilgilerinin direkt olarak insan tarafından verildiği sistemlere

    “konvansiyonel sistemler” denir. Eğer bilgiler bir program yoluyla verilmiş ise bu

    durumda oluşturulan sisteme “otomasyon sistemi” denir. Herhangi bir sistemi daha

    önceden belirlenmiş bir duruma getirme işlemine “kontrol” denir. Duruma getirme

    veya durumu değiştirme, insan müdahalesi olmadan bir program tarafından yapılırsa

    yapılan işleme “otomatik kontrol” denir. Buna göre “otomasyon”, insan müdahalesi

    olmadan herhangi bir hareketin oluşmasına ve bu hareketin istenildiği gibi

    gerçekleşmesine verilen isimdir.

    Otomasyon sistemleri meydana gelen değişikleri algılamak, ölçmek,

    yorumlamak ve ona göre bir hareket döngüsü yürütmek zorundadır. Otomasyonun en

    can alıcı noktası algılamadır ve sensörlerde bu amaç doğrultusunda

    kullanılmaktadırlar. Sensörler, vücudumuzun duyu organları gibi otomasyon

    sisteminin algılayıcılarıdır ve herhangi bir fiziksel büyülüğü orantılı olarak elektriksel

    büyüklüğe çevirirler.

    Kompleks üretim türlerinde artan otomasyonlaşma, üretim sürecine ilişkin veri

    ve bilgileri elektronik olarak temin etmeye ve uygun bir şekilde iletmeye olanak

    tanıyan elemanların kullanımını öngörmektedir.

    Algılayıcılar bu gerekleri yerine getirdikleri için ölçme, kontrol ve regülasyon

    teknolojisinin, son yıllarda sıklıkla kullanılan önemli bir elemanı haline geldiler.

    Algılayıcılar takip eden işlemciye her süreç büyüklüğü hakkında bilgi verirler. Proses

    büyüklüklerine örnek olarak sıcaklık, basınç, kuvvet, uzunluk, dönme açısı, sıvı

    seviyesi, debi gibi fiziksel büyüklükler verilebilir. Birçok fiziksel büyüklüğün

    belirlenmesi amacıyla, bu büyüklüklere hassasiyetle tepki veren ve uygun sinyalleri

    ileten algılayıcılar kullanılır.

    Sensör kelimesi dilimize İngilizceden hissetmek, algılamak anlamına gelen “to

    sense” sözcüğünden gelmektedir.

  • Automatic Control Systems: SENSÖRLER

    2

    SENSÖRLERİN SINIFLANDIRILMASI

    Sensörler algılama türüne, beslenme ihtiyacına, çıkış büyüklüklerine ve

    algılama şekillerine göre 4 temel kavramda sınıflandırılmaktadır.

    Algılama Türüne (Giriş Büyüklüğüne) Göre:

    •Mekanik: Uzunluk, Alan, Miktar, Kütlesel Akış, Kuvvet, Basınç, Hız, İvme, Pozisyon

    •Termal: Sıcaklık, ısı akısı

    •Elektriksel: Voltaj, akım, direnç, elektrik alanı ve frekans

    •Manyetik: Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik

    •Işıma: Yoğunluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yansıtma

    •Kimyasal: Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı

    Besleme İhtiyacına Göre:

    •Pasif Sensörler:

    •Aktif Sensörler:

    Çıkış Büyüklüğüne Göre:

    Sensör çıkışları analog veya bilgisayar ile doğrudan iletişim kurabilmesini

    sağlayan dijitaldir. Bunun için seri iletişim protokolleri;

    •RS232C

    •RS422A

    •RS485

    Algılama Şekillerine Göre:

    Temaslı Algılayıcılar

    Temassız Algılayıcılar

  • Automatic Control Systems: SENSÖRLER

    3

    SENSÖRLER İLE İLGİLİ TEMEL KAVRAMLAR

    •Hassasiyet:

    Ne kadar küçük bir değişimi ölçebildiğinin göstergesidir.

    •Ölçüm Aralığı:

    Algılayıcının cevap verebildiği etkinin minimum ve maksimum değerleridir.

    •Tekrarlanabilirlik:

    Aynı şartlarda yapılan ölçümlerin birbirlerine yakınlığıdır.

    •Çözünürlük:

    Yapılan etkinin çıkış sinyali üzerinde izlenebilecek bir değişim meydana getiren

    en küçük giriş değeridir. Örneğin, dijital göstergeli bir cihazda cihazın anlamlı olarak

    okuyabildiği minimum değerdir.

    •Doğruluk:

    Ölçülen veya hesaplanan bir büyüklüğün gerçek değerine uygunluk derecesi.

    •Ofset:

    Bir algılayıcının ofset hatası, çıkışın sıfır olması gerektiği durumda çıkışta

    görülen değerdir. Bir başka deyişle belirlenmiş çıkış ile o anda ölçülen gerçek çıkış

    değeri arasındaki farktır.

    •Cevap Zamanı:

    Algılayıcının giriş parametresinde oluşan değişime karşı tepki verme süresinin

    bir ölçüsüdür.

    •Dinamik Doğrusallık:

    Girişteki etkinin değişim hızını takip edebilme kapasitesinin ölçüsüdür.

  • Automatic Control Systems: SENSÖRLER

    4

    ALGILAMA TÜRÜNE GÖRE SENSÖRLER

    Sensörler de ölçülen büyüklükleri altı grup da inceleyebiliriz.

    Mekanik Sensörler :

    Mekanik konum anahtarları olarak da adlandırılırlar. Robot çalışmalarında

    sıklıkla kullanılan touch sensörler aslında basit anahtarlardır. Touch sensör robotun

    bir cisme temas edip etmediğini ya da sınırlandırılması gereken bir hareketin

    tamamlanıp tamamlanmadığını algılamak için ( limit switch ) kullanılır.

    Mekanik-elektrik konum anahtarlarının farklı tasarım şekilleri şunlardır:

     Küçük konum anahtarları, minyatür ve subminyatür mikro anahtarlar

     Basmalı düğme, sınır anahtarları

     Sprungschalter öder Schleichschalter ausführungen (snap-eylem anahtarı

    veya yavaş hareket modelleri)

     Kapsüllenmeyen konum anahtarları

     Plastik ile kapsüllenen konum anahtarları

     Metal ile kapsüllenen konum anahtarları

     Güvenlik konum anahtarları

     Hassasiyet konum anahtarları

  • Automatic Control Systems: SENSÖRLER

    5

    Basınç (Gerilme) Sensörleri:

    Üzerlerine düşen basınçla orantılı olarak fiziki yapılarında meydana gelen

    değişimden dolayı basınç seviyesini ya da basınç değişimi seviyesini elektriksel

    işarete dönüştüren devre elemanlarına denir.

     Basınç sensörleri, çalışma prensibine göre dört grupta incelenebilir. Bunlar:

     Kapasitif basınç ölçme sensörleri

     Strain gage (şekil değişikliği) sensörler

     Load cell (yük hücresi) basınç sensörleri

     Piezoelektrik özellikli basınç ölçme sensörleri

    Kapasitif Basınç Ölçme Sensörleri:

    Kondasatörler bilindiği üzere elektrik enerjisini depolayan elemanlardır. Bu

    özellikleri kondansatör plakalarının boyutlarına, plakalar arasındaki mesafenin

    uzaklığına ve iki plaka arasındaki yalıtkan (dielektrik) malzemenin özelliğine bağlıdır.

    Sonuç olarak kondansatör plakaları birbirinden uzaklaştırılırsa ya da esnetilirse veya

    iki plaka arasındaki dielektrik malzeme hareket ettirilirse, kondansatörün kapasitesi

    değişir. Kondansatörün kapasitesi ile beraber alternatif akıma gösterdiği direnç de

    değişir. İşte bu prensipten hareketle kapasitif basınç sensörleri üretilmiştir.

    Kapasitif prensiple çalışan sensörler basınç sensörü olarak kullanıldığı gibi

    yaklaşım ve pozisyon sensörü olarak da kullanılmaktadır.

    kapasitif yaklaşım anahtarı ile siloda dolum kontrolü

  • Automatic Control Systems: SENSÖRLER

    6

    Strain Gauge (Şekil Değişikliği) Sensörler:

    Temel olarak strain gageler esneyebilen bir tabaka üzerine ince bir telin veya

    şeridin çok kuvvetli bir yapıştırıcı ile yapıştırılmasından oluşmuştur. Üzerindeki

    basıncın etkisinden dolayı tabakanın esnemesi, iletken şeridin de gerilerek

    uzamasına sebep olmaktadır. Bu uzama esnasında telin boyu uzayarak kesiti

    azalacaktır. Bilindiği gibi iletkenlerin kesiti azaldıkça dirençleri artacağından

    uygulanan kuvvete bağlı olarak iletkenin direncinde de değişme olacaktır. Bu direnç

    değişimine bağlı olarak uygulanan kuvvetin miktarını tespit edilebilir

    Strain gagenin iç yapısı

    Günümüzde strain gageler kuvvet, ağırlık, basınç vb. fiziksel değişkenlerin

    ölçümlerinde kullanılmakla beraber bisikletlerin sağlamlık testlerinde ve helikopter

    pervanelerinin esneme paylarının hesaplanmasında kullanılmaktadırlar.

    Pervane esnemesinin algılanmasında kullanılan strain gageler

  • Automatic Control Systems: SENSÖRLER

    7

    Load Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri:

    Load cell’in iç yapısı

    Yük hücresi (load cell) daha çok elektronik terazilerin yapımında kullanılan

    basınç sensörüdür. Asıl çalışma prensibi strain gage gibidir. Yukarıda 4 noktadan

    ölçme yapan bir yük hücresi görülmektedir. Tek noktadan ya da iki noktadan ölçüm

    yapanları da bulunmaktadır. Yukarıdaki şekilde A, B, C, D noktalarındaki strain

    gagelerin dirençleri basınca bağlı olarak değişir. Bu değişim ile orantılı olarak da

    basınç miktarını tespit edebiliriz.

    Load Cell (Yük Hücresi) basınç sensörleri, digital tartılarda ,kantarlarda sıvı ve